Caracterizarea forțelor de împingere a picioarelor și a relației acestora cu viteza în caiacul sprint pe apă

Rezumat

Scopul acestei lucrări a fost descrierea caracteristicilor forței de împingere generate de musculatura picioarelor la caiaciștii de viteză, femei și bărbați, în condiții reale, pe apă. Suplimentar, a fost investigată relația dintre caracteristicile forței de împingere cu picioarele și viteză.

Au participat 28 de caiaciști. Participanții au avut cinci minute de încălzire liberă și li s-a cerut să vâslească la trei viteze diferite, inclusiv la efort maximal. Au fost înregistrate forțele de extensie ale piciorului stâng și drept, împreună cu viteza. Au fost efectuate analize de regresie liniară, cu caracteristicile forței de extensie ca variabile independente și viteza ca variabilă dependentă. O a doua analiză de regresie liniară a investigat efectul vitezei de vâslire asupra diferitelor caracteristici ale forței de extensie, printr-un model explicativ.

Rezultatele au arătat că forța de împingere cu piciorul urmează un tipar sinusoidal, crescând și scăzând pe parcursul ciclului de vâslire. Impulsul pe 10 secunde a prezentat cea mai puternică corelație cu viteza maximă (r = 0,827; p < 0,01), în timp ce s-a observat o co-corelație puternică între impulsul pe ciclu de vâslire și forța medie (r = 0,910; p < 0,01). Rezultatele modelului explicativ au arătat că o creștere a vitezei de vâslire este determinată, printre alți factori, de creșterea forței în picioare. Modelul a putut prezice viteza a 68% dintre sportivi cu o eroare sub 1 km/h, folosind forța de vârf din picior, impulsul pe 10 secunde și cadența (p < 0,001; R² ajustat = 0,8).

Caiaciștii de viteză prezintă o relație pozitivă puternică între forțele de împingere cu picioarele și viteză. Rezultatele confirmă că mișcarea ciclică a picioarelor este o componentă-cheie a tehnicii de vâslit.

Cuvinte cheie: forțe în picioare; caiac de viteză; palonier; biomecanică; măsurarea forțelor.

1. Introducere

În caiacul de viteză, performanța depinde de capacitatea sportivului de a propulsa ambarcațiunea înainte, învingând rezistența aerodinamică care acționează asupra sportivului și a caiacului și rezistența hidrodinamică care acționează asupra caiacului — lucru realizat printr-o mișcare ciclică de vâslire. Tehnica ciclică de vâslire este principalul factor al eficienței sportivului [1, 2].

Forțele produse de sportiv la nivelul padelei trebuie transferate prin corp către caiac. Caiacistul împinge cu piciorul de pe partea activă și trage cu piciorul opus. Această mișcare a picioarelor rotește bazinul către partea activă, ceea ce generează mișcare în jurul sportivului, inclusiv o activare a musculaturii trunchiului [3–6].

Mai multe studii au investigat forțele produse de sportiv în interiorul caiacului, majoritatea efectuate pe ergometre. Tornberg și colaboratorii [7] au investigat forțele din picioare pe un ergometru de caiac, cu un palonier special conceput, constatând că forțele de vârf de împingere pe palonier au fost în medie de 650 N la o sportivă de elită internațională. Begon și colaboratorii [27] au măsurat forțele aplicate pe scaun și pe palonier la un ergometru cu ansamblu glisant palonier–scaun. Scaunul a prezentat preponderent forțe de împingere spre spate de 351 ± 100 N în faza de tracțiune a ciclului de vâslire, cu forțe de vârf de împingere cu piciorul de 895 N.

Puține studii au investigat cinetica vâslitului pe apă [8]. Gomes și colaboratorii [9] au dezvoltat un sistem numit „F-paddle” pentru evaluarea forțelor de la padelă pe apă. Sistemul a fost folosit de Gomes și colaboratorii [10] pentru cuantificarea profilurilor de forță la cadențe diferite. Ei au constatat forțe de vârf medii la padelă de aproximativ 250 N la bărbați și 150 N la femei. S-a observat o diferență clară a profilului de forță al padelei atunci când cadența se modifica.

Un studiu al lui Kong și colaboratorii [11] a folosit sistemul comercial de padele instrumentate „One Giant Leap” pentru a investiga profilurile de forță ale vâslașului din față și din spate, pe un eșantion mare de echipaje de K2. Pentru sportivii de nivel național, Kong și colegii au găsit o forță de vârf la padelă de 344 N și 342 N pentru vâslașul din față, respectiv din spate, și o forță medie de 205 N și 200 N. Aceste valori au fost ușor mai mari decât cele obținute de Gomes și colaboratorii [10]. Este însă esențial de remarcat că studiul lui Kong și colaboratorii [11] a folosit ambarcațiuni de echipaj, unde masa totală este mai mare decât la K1. Suplimentar, Kong și colegii au concluzionat că, prin padele instrumentate, este posibilă obținerea de feedback de performanță în timpul vâslitului pe apă.

Nilsson și Rosdahl [12] au investigat, de asemenea, cinetica vâslitului pe apă. A fost dezvoltat un sistem care măsoară pe apă forțele aplicate de sportiv pe palonier și pe scaun, cu celule de sarcină integrate individual [12]. Această configurație a fost folosită de Nilsson și Rosdahl [13] pentru a compara picioarele libere cu picioarele imobilizate, la efort maximal. Rezultatele au arătat că picioarele libere au generat forțe medii și de vârf mai mari; autorii au raportat că sportivul aplică forțe de tragere cu piciorul de aproximativ 220 N în medie și forțe de vârf de împingere de aproximativ 400 N pe palonier. Mai mult, viteza maximă a scăzut cu 16% atunci când picioarele au fost imobilizate, comparativ cu situația în care erau libere. Au fost înregistrate și forțele din tracțiunea de padelă, raportându-se forțe medii pe tracțiune de circa 300 N, cu forțe de vârf de 450 N [13].

Accentul principal al acestor studii pe apă a fost pus pe proceduri și metode [12, 14–18], cu excepția studiilor lui Nilsson și Rosdahl [13] și Gomes și colaboratorii [10], unde scopul a fost colectarea de date pe apă pentru studierea profilurilor de forță din palonier și padelă. În afara acestor două studii, rolul cineticii pe apă nu a fost investigat pe larg.

În interiorul caiacului, forța este transferată prin palonier, scaun și cureaua de picior, iar mișcarea ciclică a picioarelor afectează forțele în toate aceste trei puncte. Picioarele împing pe palonier și trag în cureaua de picior, care este, în esență, o parte a palonierului. În final, forțele de tragere și de împingere de pe palonier creează forțe de reacțiune în scaun [5, 19, 20].

Palonierul poate fi privit ca o placă, unde forța acționează perpendicular pe suprafață. Sunt prezente și forțe de forfecare, însă acestea sunt marginale în raport cu forța perpendiculară. Doar Nilsson și Rosdahl [13] au investigat forțele din picioare în timpul vâslitului pe apă și știm că aceste forțe de reacțiune sunt esențiale pentru deplasarea caiacului înainte. Ei au concluzionat că mișcarea picioarelor și forțele asociate sunt cruciale pentru generarea vitezei. Trebuie remarcat însă că au investigat un eșantion mic (n = 5). Prin urmare, se cunosc puține lucruri despre relația dintre profilurile de forță din picioare și viteza caiacului pe apă.

Acest studiu își propune să descrie caracteristicile forței de împingere cu picioarele la caiaciștii de viteză, pe un eșantion mai mare și mixt ca sex, în condiții reale pe apă. Suplimentar, am investigat relația dintre aceste caracteristici și viteză.

2. Materiale și metode

2.1. Participanți

La studiu au participat 28 de caiaciști, din patru grupe de vârstă: fete sub 16 ani, băieți sub 18 ani, precum și femei și bărbați seniori. Caracteristicile participanților pot fi consultate în Tabelul 1. Toți participanții erau competitori la nivel de elită națională sau internațională în categoriile lor de vârstă. Seniorii și senioarele se aflau la cel mai înalt nivel și includeau medaliați la campionatele europene și mondiale, atât la sprint, cât și la maraton. Toți participanții au fost informați asupra naturii studiului și și-au dat consimțământul scris înaintea fiecărui test. Studiul a respectat ghidurile comisiei locale de etică (Comisia de Etică Științifică a Regiunii Iutlanda de Nord) și a fost aprobat de aceasta.

Tabelul 1. Caracteristicile participanților (n = 28). Valorile sunt medii ± abaterea standard.

Notă de traducere: la rândul „Timp 500 m”, abaterile standard publicate în original (6,1; 4,4; 3,2; 6,8) sunt identice cu cele de la rândul „Înălțime”. Valorile au fost reproduse întocmai ca în articolul original.

2.2. Echipament

Toți participanții au folosit propriul caiac și propria padelă. Forțele de împingere cu picioarele au fost măsurate cu un palonier construit special, descris în detaliu anterior de Klitgaard și colaboratorii [21]. Designul palonierului corespunde unui palonier Nelo, astfel încât poate fi montat într-un caiac Nelo, aceasta fiind cea mai răspândită marcă de pe piață. Palonierul constă într-un ansamblu metalic de tip sandviș, cu două celule de sarcină între componente, care măsoară forțele din piciorul stâng și din cel drept.

Figura 1. Palonierul montat într-un caiac Nelo Cinco. Palonierul construit special se potrivește bine în ambarcațiune. Este marcat în cercul roșu.

Datele de la palonier au fost colectate continuu, cu o frecvență de eșantionare de 1000 Hz. Palonierul a fost echipat cu două celule de sarcină cu punct unic (LCM200, Futek, Irvine, California, SUA), câte una pe fiecare parte, și a fost împărțit în două componente pentru a evita interferența între partea dreaptă și cea stângă. Semnalele au fost preamplificate cu un amplificator de forță (Biovision, Wehrheim, Germania), cu un factor de amplificare de 10.000, setat pe înregistrare diferențială. Datele au fost achiziționate cu un sistem portabil, alcătuit dintr-un mini-PC Latte Panda cu Windows 10 (DFRobot, Shanghai, China), cu MATLAB 2018a (Mathworks, Natick, Massachusetts, SUA) instalat [21].

Participanților li s-a permis să își fixeze picioarele pe palonier cu cureaua de picior, așa cum obișnuiesc în mod normal. Un ceas GPS (Garmin 910XT, Olathe, Kansas, SUA) a fost montat pe caiac pentru monitorizarea vitezei. Cercetătorii au urmărit sportivul pe apă dintr-o barcă cu motor.

2.3. Protocol

Colectarea datelor s-a desfășurat pe timpul verii, în condiții meteorologice stabile pentru toți participanții. Înaintea fiecărui test, palonierul a fost montat pe caiacul participantului, iar distanța dintre scaun și palonier a fost aceeași cu cea de la palonierul propriu al sportivului. Participanții au intrat pe apă, au avut cinci minute de încălzire liberă și li s-a cerut să vâslească la trei intensități diferite: 12 km/h timp de 60 de secunde, 15 km/h timp de 30 de secunde și la efort maximal timp de 20 de secunde. Fiecare repriză a avut start lansat.

Figura 2. Prezentare generală a fluxului de achiziție a datelor.

2.4. Analiza datelor și statistică

Această secțiune este împărțită într-o parte descriptivă și una explicativă. Partea descriptivă oferă o înțelegere de ansamblu a forțelor de împingere cu picioarele, prin profiluri de forță și tabele de date descriptive, în timp ce partea explicativă investighează aspectele mai complexe ale acestor forțe în raport cu performanța (viteza maximă), folosind modele statistice.

2.4.1. Analiza descriptivă

Pentru analiza datelor s-a folosit MATLAB. Datele au fost filtrate cu un filtru trece-jos de ordinul patru, cu frecvența de tăiere de 20 Hz. Datele de viteză de la ceasul GPS au fost exportate în MATLAB pentru analiză.

Au fost alese pentru analiză următoarele variabile: viteza, forța medie de împingere cu piciorul, forța de vârf de împingere cu piciorul, cadența, impulsul forței pe durata unui ciclu de vâslire și impulsul forței pe 10 secunde. Cadența a fost calculată din datele de forță, prin numărarea vârfurilor din intervalul de timp. Forța medie de împingere a fost media pe toți participanții, iar forța de vârf a fost media forțelor de vârf pe toți participanții. Valorile impulsului forței pe ciclu de vâslire și pe 10 secunde au fost calculate prin integrare numerică trapezoidală. Partea stângă și cea dreaptă au fost însumate pentru obținerea impulsului total.

Datele descriptive ale testelor și caracteristicile participanților au fost prezentate ca medii și abateri standard, deși caracteristicile inițiale nu erau distribuite normal. Datele de forță de la palonier au fost mediate pe 15 cicluri de vâslire și normalizate temporal la cicluri care încep pe partea stângă. Datele au fost normalizate și în raport cu vârfurile maxime din palonier, pentru a obține ciclul de vâslire exprimat procentual.

2.4.2. Analiza explicativă (rezumat de traducere)

Au fost efectuate două analize de regresie liniară multiplă: una pentru construirea unui algoritm de predicție a vitezei maxime de vâslire și una pentru investigarea efectului vitezei asupra diferitelor forțe din picioare, printr-un model explicativ [22]. Modelul predictiv a fost verificat pentru multicoliniaritate (situația în care două variabile explicative sunt atât de strâns legate între ele încât efectele lor nu mai pot fi separate) folosind o matrice de corelații Pearson [23]. Selecția modelului s-a făcut pe baza criteriului informațional bayesian [24], iar performanța predictivă a fiecărui algoritm a fost testată prin validare încrucișată în cinci straturi, obținându-se abaterea standard a predicției în kilometri pe oră.

Modelul explicativ a folosit caracteristicile forței din picioare ca variabile dependente și viteza ca variabilă independentă, cu ajustare reciprocă pentru a surprinde eventualele diferențe de asociere între nivelurile de vâslire. Ambele modele au fost supuse unor verificări standard ale reziduurilor, iar din cauza unor rezerve privind acestea au fost efectuate analize de sensibilitate prin bootstrap cu 1000 de replicări, pentru confirmarea intervalelor de încredere. Rezultatele au fost evaluate pe baza estimărilor, a intervalelor de încredere și a valorilor p [25, 26]. Analizele statistice au fost realizate în R-studio (v. 1.4.1717), cu excepția bootstrap-ului, efectuat în Stata (v. 15; Stata Corp LP, College Station, Texas, SUA).

3. Rezultate

Secțiunea de rezultate este împărțită într-o parte descriptivă și una explicativă. Partea descriptivă oferă o imagine de ansamblu a constatărilor, fără analiză aprofundată, pentru o înțelegere generală a forțelor din picioare. Partea explicativă oferă o înțelegere mai profundă a acestor forțe în raport cu performanța (viteza maximă), folosind modele liniare.

3.1. Rezultate descriptive

Valorile medii ale caracteristicilor forței din picioare sunt prezentate în Tabelul 2. Un aspect interesant este că viteza a crescut la fiecare repriză, împreună cu cadența și cu diferitele caracteristici ale forței — cu excepția impulsului pe 10 secunde, unde doar efortul maximal a prezentat un impuls mai mare decât la 12 și 15 km/h. Suplimentar, se observă că participanții au menținut în medie stabil cele două viteze fixate.

Tabelul 2. Variabilele mediate pentru 25 de participanți. Valorile sunt medii ± abaterea standard. Doi participanți s-au retras din test din motive personale, iar datele unui participant au fost pierdute din cauza unei erori sistematice. Cadența a fost măsurată în lovituri pe minut.

Profilul forței din Figura 3 arată că forța urmează un tipar sinusoidal, care crește și scade pe parcursul ciclului de vâslire. Acest rezultat este logic, având în vedere mișcarea ciclică a picioarelor. În plus, vârful de forță a crescut odată cu viteza.

Figura 3. Forța medie a ciclurilor de vâslire pentru fiecare viteză, cu abaterea standard. Gri deschis — partea stângă; gri închis — partea dreaptă. P1 este efortul maximal, P2 este 15 km/h, iar P3 este 12 km/h. Axa orizontală prezintă ciclul de vâslire, de la partea stângă până la revenirea pe partea stângă; axa verticală arată forța în newtoni. Datele sunt normalizate la partea stângă, folosind forța de pe palonierul stâng. Începutul ciclului, la 0%, este momentul în care forța pe palonierul stâng atinge vârful. Sfârșitul, la 100%, este momentul celui de-al doilea vârf pe palonierul stâng.

3.2. Rezultate explicative

Corelațiile dintre viteza maximă și variabilele alese — cadența medie (lovituri/minut), forța de vârf (N), forța medie (N), impulsul (N·s) pe un ciclu de vâslire, impulsul (N·s) pe 10 secunde și grupa — sunt prezentate în Figura 4. Cea mai puternică corelație a fost observată între viteza maximă și impulsul forței pe 10 secunde (r = 0,827; p < 0,01). Ar putea exista multicoliniaritate între forța medie, forța de vârf și cele două impulsuri. Cea mai puternică co-corelație a fost observată între impulsul pe ciclu de vâslire și forța medie (r = 0,910; p < 0,01), ceea ce ar putea introduce multicoliniaritate în modelul predictiv, dacă ambele ar fi incluse în aceeași regresie.

Figura 4. Matricea de corelații, cu coeficienții dintre viteza maximă și variabilele forței din picioare (forța medie, forța de vârf, impulsul pe un ciclu de vâslire, impulsul pe 10 secunde, cadența și grupa), pentru 25 de sportivi. Culorile indică niveluri diferite de corelație: albastru închis — corelație pozitivă puternică, alb — absența corelației, roșu închis — corelație negativă puternică.

Tabelul 3 prezintă rezultatele modelului explicativ, care a folosit caracteristicile forței de împingere ca variabilă răspuns și viteza ca variabilă explicativă. Atât modelele univariate, cât și cele ajustate reciproc au arătat o relație pozitivă semnificativă între creșterea vitezei și caracteristicile forței de împingere, ceea ce indică faptul că o creștere a vitezei de vâslire este determinată, printre alți factori, de creșterea forței de împingere cu picioarele. Valorile R² au variat între 0,14 și 0,34, ceea ce arată că forțele din picioare sunt doar o parte din mecanismul care duce la viteze mai mari. Din tabel reiese că forța medie de împingere, forța de vârf și cele două variabile de impuls au crescut odată cu viteza.

Tabelul 3. Modelul explicativ. * p < 0,05, relație semnificativă cu viteza. Modelul explicativ a fost ajustat reciproc în funcție de nivelul sportivului, pentru a surprinde eventualele asocieri diferite între niveluri. Sunt prezentate pantele și intervalele de încredere (IÎ) de 95% ale estimării, din analizele de regresie multiplă pentru predicția vitezei maxime.

Notă de traducere: în original, intervalele de încredere sunt simetrice în jurul estimării la toate rândurile, cu excepția impulsului pe 10 secunde din modelul ajustat reciproc, unde limita inferioară publicată (24,072) se abate de la acest tipar. Valorile au fost reproduse întocmai ca în articolul original.

Din analiza de regresie liniară a rezultat următoarea ecuație de predicție a performanței:

V_max = (0,0045 × F_vârf) + (0,0017 × J_10s) + (0,05 × C) + 7,62

F(3,21) = 37,41; p < 0,001; R² ajustat = 0,82

unde V_max este viteza maximă, F_vârf este forța de vârf din picior, J_10s este impulsul pe 10 secunde, iar C este cadența. Analiza de varianță pentru acest model a fost semnificativă. Mai mult, toți predictorii au prezentat o pantă semnificativ diferită de zero. Modelul poate estima viteza maximă a caiacului folosind cei trei predictori. Prin validare încrucișată în cinci straturi, performanța modelului predictiv a fost identificată ca fiind de o abatere standard față de viteza maximă observată a fiecărui sportiv, ceea ce înseamnă că modelul poate prezice corect viteza a 68% dintre sportivi cu o eroare sub 1 km/h.

4. Discuții

Acesta este primul studiu care cuantifică și corelează forțele generate de picioarele sportivului în timpul vâslitului pe apă, în raport cu viteza caiacului, iar rezultatele au arătat creșteri ale forțelor din picioare odată cu viteza. Impulsul forței de împingere pe 10 secunde a fost cel mai bun predictor al vitezei maxime. Mai mult, toate cele patru caracteristici ale forței de împingere au demonstrat o relație pozitivă semnificativă cu creșterea vitezei, ceea ce indică faptul că forța de împingere cu picioarele este un factor esențial pentru creșterea vitezei caiacului.

4.1. Constatări descriptive

Forțele medii de împingere cu picioarele găsite în studiul de față au fost, în medie, cu 77 N mai mari decât cele găsite de Nilsson și Rosdahl [13], în timp ce forțele de vârf au fost similare în ambele studii. Cei cinci sportivi din studiul lui Nilsson și Rosdahl [13] erau în medie cu patru ani mai în vârstă decât seniorii din studiul de față și îl includeau pe un medaliat la campionatul mondial de seniori. Întrucât studiul de față nu a avut sportivi de acel nivel (Tabelul 1), forțele raportate de Nilsson și Rosdahl [13] sunt de așteptat să fie mai mari.

În plus, rezultatele studiului de față au fost mediate pe 15 cicluri de vâslire, ceea ce a inclus faza de accelerare, în timp ce Nilsson și Rosdahl [13] au mediat pe 10 secunde la viteză maximă; astfel, forța ar putea fi mai mică din cauza vitezei constante și a rezistenței mai reduse de învins. De asemenea, trebuie remarcat că participanții au reușit să atingă și să mențină cele două viteze fixate. Fluctuațiile acestora ar fi putut influența negativ rezultatele.

Un aspect interesant este că forțele de împingere din studiul de față prezintă similitudini cu forțele medii de împingere găsite de Begon și colaboratorii [27] pe palonierul unui ergometru de caiac. Între cele două studii s-au observat diferențe minore la forțele medii de împingere. Totuși, forțele de vârf găsite de Begon și colaboratorii [27] au fost în medie cu 467 N mai mari decât cele din studiul de față, ceea ce ar putea însemna că există diferențe între forțele de vârf de împingere pe palonier la ergometru și cele din vâslitul pe apă.

4.2. Constatări explicative

4.2.1. Relația dintre viteza maximă și forțele din picioare

Nilsson și Rosdahl [13] au demonstrat că o reducere a forțelor de tragere și de împingere de pe palonier duce la o scădere semnificativă a vitezei caiacului. Studiul de față confirmă această relație dintre forțele de împingere cu picioarele și viteza maximă (Figura 3 și Tabelul 3), întrucât toate cele patru caracteristici ale forței sunt legate de viteza maximă a caiacului. Ecuația de regresie sugerează includerea forței medii și de vârf, a impulsului pe 10 secunde și a cadenței. Cadența a fost anterior corelată strâns cu viteza [10, 19], iar studiul de față confirmă această relație.

4.2.2. Corelația dintre viteze diferite și forțele de împingere

Studiul de față demonstrează că variabilele forței de împingere sunt legate și de viteza generală (Figura 4). Toți predictorii au prezentat o pantă care crește odată cu creșterea vitezei (Tabelul 3). Acest rezultat este logic, deoarece palonierul este unul dintre punctele de transfer pentru forțele produse la padelă. Extensia piciorului care produce forța de împingere pe palonier induce o rotație a bazinului pe scaun, permițând o lungime mai mare a tracțiunii, datorită rotației înainte a părții superioare a corpului. Mai mult, includerea activă a musculaturii trunchiului în mișcarea dinamică a padelei crește masa musculară totală folosită pentru propulsia caiacului [13, 20].

Nilsson și Rosdahl [13] au stabilit, de asemenea, o relație pozitivă între forțele din picioare și viteză. Totuși, în studiul de față, valorile R² au variat între 0,14 și 0,34, ceea ce indică faptul că forțele de împingere cu picioarele pot fi doar o parte din mecanismul care duce la viteze mai mari.

Mai mulți autori au sugerat că menținerea forței la padelă aproape de valoarea de vârf pe toată durata fazei din apă este de mare importanță [5, 10], ceea ce ar implica și menținerea forței pe palonier. Un sportiv nu poate menține o forță mare la padelă fără să împingă cu piciorul de pe partea activă. Altfel, forța de la padelă nu se traduce în accelerarea caiacului. O explicație pentru corelația dintre impulsul forței și viteză ar putea fi, prin urmare, capacitatea de a menține forța de împingere în palonier, pentru a obține o tracțiune eficientă.

4.2.3. Modelul predictiv

Modelul predictiv a estimat corect 68% dintre vitezele de vâslire, cu o eroare sub 1 km/h. Ar putea fi aduse mai multe îmbunătățiri pentru reducerea acestei erori. Analiza reziduurilor a arătat asimetrie pentru vitezele mici și mari, ceea ce indică faptul că o bună parte din eroarea de predicție provine de la sportivii care nu sunt reprezentați adecvat în model. Această asimetrie se datorează probabil eșantionului relativ mic; reeșantionarea bootstrap a indicat că datele aproximează o distribuție normală, ceea ce sugerează că un eșantion mai mare ar putea reduce eroarea de predicție. În plus, un eșantion mai mare ar reduce teoretic problema multicoliniarității [23]. O altă metodă de reducere a erorii ar putea fi folosirea forțelor din scaun sau din padelă, alături de forțele de împingere și de tragere din picioare, pentru predicția vitezei maxime.

4.3. Limitări

Rezultatele studiului de față descriu doar o parte din tabloul general al forțelor din caiacul de viteză, întrucât forțele din scaun și forțele de tragere cu piciorul joacă la rândul lor un rol în tracțiune. Ar fi fost util ca și acestea să fie evaluate. Studiile viitoare ar trebui să coreleze cu viteza datele de forță de la palonier, cureaua de picior, scaun și padelă. În special forțele de tragere din palonier ar fi interesant de investigat, întrucât acestea acționează în direcția opusă mișcării. Mișcarea ciclică de tragere cu piciorul este o componentă-cheie a tracțiunii, deoarece permite o extindere mai mare înainte, datorită rotației crescute. Nilsson și Rosdahl [13] au arătat că și forțele de tragere din picioare sunt legate de viteză.

Instrumentarea cu mărci tensometrice ar putea fi folosită pentru investigarea forțelor din scaun, padelă și palonier. Mai multe studii au instrumentat padela cu mărci tensometrice [9, 14], însă niciun studiu nu a implementat până acum mărci tensometrice în materialul palonierului și al scaunului. Prin urmare, următorul pas logic ar putea fi instrumentarea palonierului și a scaunului cu mărci tensometrice.

Trebuie remarcat că studiul lui Bonaiuto și colaboratorii [28] a investigat forțele din padelă și din palonier, înregistrând simultan mișcarea și accelerația caiacului cu un sistem dezvoltat special, numit „e-kayak”. Sistemului îi lipseau însă forțele din scaun, necesare pentru a elucida tabloul cinetic complet.

5. Concluzii

Studiul de față a arătat că vâslașii de caiac viteză prezintă modificări ale profilului forței de extensie a piciorului, care se află într-o relație pozitivă cu viteza. Acest lucru este valabil pentru femei și bărbați din grupe de vârstă diferite. Rezultatul oferă o mai bună înțelegere a importanței forței de extensie a piciorului în caiac.

Pe baza acestor constatări, antrenorilor li se recomandă să se asigure că sportivii lor accentuează activ extensia piciorului în timpul tracțiunii. Propunem ca extensia optimă a piciorului să conducă la un impuls mare și la o forță de vârf ridicată; prin urmare, sportivii trebuie să împingă puternic cu piciorul și să mențină forța pe palonier pe durata tracțiunii. Această recomandare poate fi integrată ca instrument de antrenament pentru monitorizarea intensității și a vitezei, ceea ce ar putea fi util pentru dezvoltarea performanței în caiac.

Note ale studiului original

Finanțare. Proiectul a fost finanțat de Federația daneză de sport de elită și de Ministerul danez al culturii (FPK.2017-0070).

Etică. Studiul a fost realizat conform ghidurilor Declarației de la Helsinki și a fost aprobat de Comisia daneză de etică din Iutlanda de Nord (22 octombrie 2015).

Consimțământ. A fost obținut consimțământul informat de la toți participanții implicați în studiu.

Disponibilitatea datelor. Datele prezentate în studiu sunt disponibile la cerere, de la autorul corespondent. Datele nu sunt public disponibile din motive de confidențialitate și reglementare.

Conflicte de interese. Autorii declară că nu au conflicte de interese.

Abrevieri și termeni

• Palonier — suportul reglabil pentru picioare din caiac, pe care sportivul împinge și trage (termen împrumutat din aviație)
• Impuls (N·s) — produsul dintre forță și durata pe care aceasta acționează; măsoară nu doar cât de tare împingi, ci și cât de mult menții împingerea
• Cadență — numărul de lovituri de padelă pe minut
• Forță de vârf — valoarea maximă atinsă de forță într-un ciclu
• r — coeficientul de corelație; cu cât e mai aproape de 1, cu atât legătura dintre două mărimi e mai strânsă
• R² — proporția din variația unei mărimi explicată de model
• N — newton, unitatea de măsură a forței
• Hz — hertz, număr de măsurători pe secundă

Sursă și licență

Klitgaard KK, Rosdahl H, Brund RBK, Hansen J, de Zee M. Characterization of Leg Push Forces and Their Relationship to Velocity in On-Water Sprint Kayaking. Sensors. 2021;21(20):6790. DOI: 10.3390/s21206790. Articol integral: mdpi.com/1424-8220/21/20/6790.

© 2021 Autorii. Licențiat MDPI, Basel, Elveția. Articolul original este publicat cu acces liber, sub licența Creative Commons Attribution (CC BY 4.0), care permite utilizarea, distribuirea și adaptarea — inclusiv traducerea — în orice mediu, cu condiția citării corespunzătoare a autorilor și a sursei originale și a indicării eventualelor modificări. Traducerea în limba română aparține prof. Bogdan Buciu și este pusă la dispoziție sub aceeași licență. Figurile reproduse provin din articolul original, sub aceeași licență. Modificările față de original sunt enumerate la începutul articolului.

Referințe bibliografice

1. Pendergast D, Zamparo P, di Prampero PE, Capelli C, Cerretelli P, Termin A, Craig A, Bushnell D, Paschke D, Mollendorf J. Energy balance of human locomotion in water. Eur J Appl Physiol. 2003;90:377–386.
2. Pendergast D, Mollendorf J, Zamparo P, Termin A, Bushnell D, Paschke D. The influence of drag on human locomotion in water. Undersea Hyperb Med. 2005;32:45.
3. Logan SM, Holt LE. The flatwater kayak stroke. Natl Strength Cond Assoc J. 1985;7:4–9.
4. McDonnell LK, Hume PA, Nolte V. An observational model for biomechanical assessment of sprint kayaking technique. Sports Biomech. 2012;11:507–523.
5. Michael JS, Smith R, Rooney KB. Determinants of kayak paddling performance. Sports Biomech. 2009;8:167–179.
6. Sanders RH, Kendal SJ. A description of Olympic flatwater kayak stroke technique. Aust J Sci Med Sport. 1992;24:25–30.
7. Tornberg ÅB, Håkansson P, Svensson I, Wollmer P. Forces applied at the footrest during ergometer kayaking among female athletes at different competing levels — a pilot study. BMC Sports Sci Med Rehabil. 2019;11:1–6.
8. Gomes BB, Conceição FAV, Pendergast DR, Sanders RH, Vaz MAP, Vilas-Boas JP. Is passive drag dependent on the interaction of kayak design and paddler weight in flat-water kayaking? Sports Biomech. 2015;14:394–403.
9. Gomes B, Viriato N. Analysis of the on-water paddling force profile of an elite kayaker. Biomech Sports. 2011;259:262.
10. Gomes BB, Ramos NV, Conceição FAV, Sanders RH, Vaz MA, Vilas-Boas JP. Paddling force profiles at different stroke rates in elite sprint kayaking. J Appl Biomech. 2015;31:258–263.
11. Kong PW, Tay CS, Pan JW. Application of instrumented paddles in measuring on-water kinetics of front and back paddlers in K2 sprint kayaking crews of various ability levels. Sensors. 2020;20:6317.
12. Nilsson JE, Rosdahl HG. New devices for measuring forces on the kayak foot bar and on the seat during flat-water kayak paddling: a technical report. Int J Sports Physiol Perform. 2014;9:365–370.
13. Nilsson JE, Rosdahl H. Contribution of leg muscle forces to paddle force and kayak speed during maximal effort flat-water paddling. Int J Sports Physiol Perform. 2016;11:22–27.
14. Aitken DA, Neal RJ. An on-water analysis system for quantifying stroke force characteristics during kayak events. Int J Sport Biomech. 1992;8:165–173.
15. Sturm D. Wireless multi-sensor feedback systems for sports performance monitoring. KTH Royal Institute of Technology, Stockholm; 2012.
16. Helmer RJN, Farouil A, Baker J, Blanchonette I. Instrumentation of a kayak paddle to investigate blade/water interactions. Procedia Eng. 2011;13:501–506.
17. Niu L, Kong PW, Tay CS, Lin Y, Wu B, Ding Z, Chan CC. Evaluating on-water kayak paddling performance using optical fiber technology. IEEE Sens J. 2019;19:11918–11925.
18. Stothart J, Reardon F, Thoden J. A system for the evaluation of on-water stroke force development during canoe and kayak events. Int Soc Biomech Sports. 2008;1:14–15.
19. McDonnell LK, Hume PA, Nolte V. A deterministic model based on evidence for the associations between kinematic variables and sprint kayak performance. Sports Biomech. 2013;12:205–220.
20. Kendal SJ, Sanders RH. The technique of elite flatwater kayak paddlers using the wing paddle. Int J Sport Biomech. 1992;8:233–250.
21. Klitgaard KK, Hansen J, de Zee M. A new device for measuring forces in the footrest during on-water kayaking. Proc Inst Mech Eng Part P J Sports Eng Technol. 2021;228:24–32.
22. Shmueli G. To explain or to predict? Stat Sci. 2010;25:289–310.
23. Mason CH, Perreault WD. Collinearity, power, and interpretation of multiple regression analysis. J Mark Res. 1991;28:268.
24. Picard RR, Cook RD. Cross-validation of regression models. J Am Stat Assoc. 1984;79:575–583.
25. Bangdiwala SI. Understanding significance and p-values. Nepal J Epidemiol. 2016;6:522–524.
26. Greenland S, Senn SJ, Rothman KJ, Carlin JB, Poole C, Goodman SN, Altman DG. Statistical tests, p values, confidence intervals, and power: a guide to misinterpretations. Eur J Epidemiol. 2016;31:337–350.
27. Begon M, Colloud F, Lacouture P. Measurement of contact forces on a kayak ergometer with a sliding footrest–seat complex. Sports Eng. 2009;11:67–73.
28. Bonaiuto V, Gatta G, Romagnoli C, Boatto P, Lanotte N, Annino G. A pilot study on the e-kayak system: a wireless DAQ suited for performance analysis in flatwater sprint kayaks. Sensors. 2020;20:542.